KR101943882B1 - Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 - Google Patents

Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101943882B1
KR101943882B1 KR1020160179557A KR20160179557A KR101943882B1 KR 101943882 B1 KR101943882 B1 KR 101943882B1 KR 1020160179557 A KR1020160179557 A KR 1020160179557A KR 20160179557 A KR20160179557 A KR 20160179557A KR 101943882 B1 KR101943882 B1 KR 101943882B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resistor
voltage
unit
energy storage
converter
Prior art date
Application number
KR1020160179557A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180075340A (ko
Inventor
홍정원
박용희
이주연
Original Assignee
효성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 효성중공업 주식회사 filed Critical 효성중공업 주식회사
Priority to KR1020160179557A priority Critical patent/KR101943882B1/ko
Priority to PCT/KR2017/014183 priority patent/WO2018124523A2/ko
Priority to US16/473,484 priority patent/US20200007028A1/en
Publication of KR20180075340A publication Critical patent/KR20180075340A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101943882B1 publication Critical patent/KR101943882B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H02M2001/325—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 고압전 직류송전(HVDC)시스템과 연계되는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈 제어기에 구동전원을 공급하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치는 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 에너지저장부와, 상기 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부; 상기 에너지저장부에 병렬로 연결되며, 적어도 하나 이상의 직렬연결된 저항으로 구성되는 제1저항부; 상기 제1저항부에 직렬로 연결되는 제2저항부; 상기 제1저항부에 병렬로 연결되는 스위칭부; 및 상기 제2저항부의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함한다.

Description

ＭＭＣ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 {POWER DEVICE FOR SUB-MODULE CONTROLLER OF MMC CONVERTER}
본 발명은 서브모듈 제어기용 전원장치에 관한 것으로서, 특히 고압전 직류송전(HVDC: High Voltage Direct Current)시스템과 연계되는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilevel Converter)의 서브모듈(submodule) 제어기에 구동전원을 공급하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로, 초고압 직류송전(HVDC) 시스템에서는 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전하고 수전단에서 교류로 재변환하여 부하에 전력을 공급하도록 한다. 이러한 HVDC 시스템은 전압승압을 통하여 효율적이고 경제적인 전력전송이 가능하고 이종계통 연계, 장거리 고효율 송전 등의 장점을 갖는다.
HVDC 시스템에는 전력송전 및 무효전력 보상을 위해 MMC 컨버터가 연계된다. 이러한 MMC 컨버터에는 다수의 서브모듈(sub-module)이 직렬로 연결된다. MMC 컨버터에서 서브모듈은 매우 중요한 요소로서 별도 마련된 제어기에 의해 제어되는데, 서브모듈의 고전압을 서브모듈 제어기의 구동전원으로 이용하기 위해서는 서브모듈 제어기에 필요한 저전압으로 변환하는 전원장치가 필요하다.
도 1에는 MMC 컨버터의 등가회로도이고, 도 2는 종래의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다. 주지된 바와 같이 MMC 컨버터는 1개 이상의 상모듈(phase module)(1)로 구성되고 각 상모듈(1)에는 다수의 서브모듈(10)이 직렬로 연결된다. 또한, 각 상모듈(1)은 직류전압측을 정(+) 및 부(-)의 직류전압 모선 P 및 N에 각각 접속시킨다. 이들 직류전압 P-N 모선 간에는 직류 고전압이 존재한다. 각각의 서브모듈(10)은 두 개의 접속단자(X1,X2)가 형성된다.
종래의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치(20)는 하프 브릿지 형태로 구성된 전력용반도체 두 개(21, 22)와 전력용반도체에 병렬로 연결된 에너지저장부(23)와 그 에너지저장부(23)에 병렬로 출력저항(24) 및 출력저항(24)에 다시 연결된 DC/DC컨버터(25)로 구성된다.
이러한 서브모듈 제어기용 전원장치(20)가 HVDC 시스템에 연계된 MMC 컨버터에 적용되는 경우 에너지저장부(23)에 저장된 수~수십㎸의 고전압을 서브모듈 제어기에 필요한 수~수십V의 저전압으로 변환해야 한다.
그러나 이러한 종래 기술에서는 에너지저장부(23)에 저장된 수~수십㎸의 고전압에 과전압이 발생하는 경우 DC/DC컨버터(25)의 입력범위를 초과하여 고장이 발생할 가능성이 있다.
따라서 DC/DC컨버터(25)의 입력전압 사양을 높여야 했는데 과전압 발생 범위까지 고려하기 위해 필요 이상의 고사양의 DC/DC컨버터를 적용하여 비용이 상승하는 단점이 있었다.
한국공개특허 제10-2016-0080018호 한국공개특허 제10-2016-0080019호
이에 본 발명은 본 발명은 HVDC 시스템과 연계되는 MMC 컨버터의 다수의 서브모듈이 내부 고전압을 입력받아 서브모듈 제어기의 구동에 필요한 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 제어전원을 공급함에 있어서 불필요한 고사양의 부품을 적용하지 않더라도 내부 과전압에 의한 고장을 막을 수 있도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치는 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 에너지저장부와, 상기 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부; 상기 에너지저장부에 병렬로 연결되며, 적어도 하나 이상의 직렬연결된 저항으로 구성되는 제1저항부; 상기 제1저항부에 직렬로 연결되는 제2저항부; 상기 제1저항부에 병렬로 연결되는 스위칭부; 및 상기 제2저항부의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 스위칭부는 상기 에너지저장부에서 감지되는 전압이 기설정된 전압 이하인 경우, 상기 제1저항부에 바이패스 경로를 제공하도록 스위칭된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치는 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 에너지저장부와, 상기 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부; 상기 에너지저장부에 병렬로 연결되며 N개의 직렬연결된 저항으로 구성되는 제1저항부; 상기 제1저항부에 직렬로 연결되는 제2저항부; 상기 제1저항부를 구성하는 N개의 저항에 각각 병렬로 연결되는 N개의 스위치로 구성되는 스위칭부; 및 상기 제2저항부의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 스위칭부는 상기 에너지저장부에서 감지되는 전압에 따라 상기 제1저항부를 구성하는 N개의 저항 중 n개(n≤N)의 저항에 각각 바이패스 경로를 제공하도록 상기 n개의 저항에 각각 병렬로 연결된 n개의 스위치를 스위칭한다.
본 발명에서 상기 스위칭부는 상기 에너지저장부에서 감지되는 전압이 클수록 상기 제1저항부를 구성하는 N개의 저항 중 바이패스 경로가 제공되는 저항의 갯수가 작아지도록 n값을 설정하여 상기 n개의 스위치를 스위칭한다.
본 발명에서 상기 브릿지회로부는 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로 중 선택된 어느 하나를 포함한다.
본 발명에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치 내부의 DC/DC컨버터의 입력전압 사양을 높이지 않더라도 과전압 상태에서 안정적으로 동작할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 다수의 분압저항과 분압저항의 바이패스 경로를 제공하여 과전압의 정도에 따른 분압값을 선택할 수 있어 정밀한 과전압 제어가 가능하다.
도 1은 일반적인 MMC 컨버터의 등가회로도이다.
도 2는 종래의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다.
본 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치(100)는 1개 이상의 상모듈(phase module)을 포함하는 MMC 컨버터에 적용된다. 상모듈은 서로 직렬연결된 다수의 서브모듈을 포함하며 직류전압측을 정(+) 및 부(-)의 직류전압 모선 P 및 N에 각각 접속시킨다. 다수의 서브모듈은 두 입력단자(X1,X2)를 통해 서로 직렬연결 되며 DC전압을 내부에 상호 간에 직렬로 연결된 에너지저장부(111)에 저장한다. 이러한 서브모듈은 제어기(미도시)에 의해 동작이 제어되며, 본 발명에 따른 전원장치(100)는 이러한 에너지저장부(111)에 저장된 고전압(수~수십㎸)을 저전압(수~수십V)으로 변환하여 서브모듈 제어기의 구동전원으로 공급하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전원장치(100)는 브릿지회로부(110), 제1저항부(120), 제2저항부(130), 스위칭부(140) 및 DC/DC컨버터(150)를 포함하여 구성된다.
브릿지회로부(110)는 에너지저장부(111) 및 다수의 전력용반도체(112)를 포함한다. 에너지저장부(111)는 DC전압을 저장한다.
다수의 전력용반도체(112)는 에너지저장부(111)에 브릿지 형태로 병렬로 연결된다. 본 실시 예에서 브릿지회로부(110)는 하프브릿지(half bridge) 회로 또는 풀브릿지(full bridge) 회로를 포함할 수 있다.
또한, 에너지저장부(111)는 DC전압을 저장하는 소자로서 예컨대 커패시터 등으로 구현될 수 있고, 전력용반도체(112)는 전류의 흐름을 스위칭하는 소자로서 예컨대 IGBT, FET, 트랜지스터 등을 사용할 수 있다.
도 3a는 에너지저장부(111)와 다수의 전력용반도체(112)가 하프브릿지회로를 구성하는 예를 도시하고 도 3b는 에너지저장부(111)와 다수의 전력용반도체(112)가 풀브릿지회로를 구성하는 예를 도시하고 있다.
구체적으로, 도 3a에 도시된 하프브릿지회로의 일례에서는 상호 간에 직렬로 연결된 2개의 전력용반도체(112)가 에너지저장부(111)에 병렬로 연결되어 하프브릿지회로를 구성한다.
이러한 전력용반도체(112)는 턴온(turn-on)/턴오프(turn-off)제어가능한 파워반도체스위치(1121) 및 이에 병렬연결된 환류다이오드(1122)를 포함한다.
전력용반도체(112)는 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 턴온/턴오프가 제어된다.
또한, 하프브릿지회로의 두 전력용반도체(112) 중 어느 하나의 전력용반도체의 양단에 제1입력단자(X1)와 제2입력단자(X2)가 형성되어 다른 서브모듈들과 직렬 연결된다. 도면에 일례로 전력용반도체(112)가 2개로 예시되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 3b에 도시된 풀브릿지회로의 일례에서는 상호간에 병렬로 연결된 두 쌍의 전력용반도체(112)의 직렬연결이 에너지저장부(111)에 병렬로 각각 연결되어 풀브릿지회로를 구성한다.
이러한 전력용반도체(112)는 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 턴온/턴오프될 수 있다.
또한, 풀브릿지회로에서 각각 쌍을 이루는 전력용반도체(112)의 각 중성점에 제1입력단자(X1)와 제2입력단자(X2)가 각각 형성된다. 도면에는 일례로 전력용반도체(112)가 4개로 예시되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
제1저항부(120)는 에너지저장부(111)에 병렬로 연결되며, 서로 직렬연결된 적어도 하나 이상의 저항으로 구성된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 일례에서는 설명의 편의상 제1저항부(120)는 하나의 저항으로 구성된 것으로 표시하였다.
제2저항부(130)는 제1저항부(120)에 직렬로 연결되며, 제1저항부(120)와 제2저항부(130)는 직렬로 연결된 상태에서 에너지저장부(111)와 병렬로 연결된다.
제1저항부(120)의 양단에는 스위칭부(140)가 병렬로 연결된다.
스위칭부(140)는 SPST(Single Pole Single Throw) 형태의 스위치가 적용되며, 온(on)/오프(off)된다.
스위칭부(140)가 온(on)되면, 제1저항부(120)의 양단을 단락(short)시켜 바이패스 경로를 형성하여 제1저항부(120)를 회로에서 분리시키며, 에너지저장부(111)에 저장된 DC전압이 모두 제2저항부(130)에 전달되도록 한다.
반면, 스위칭부(140)가 오프(off)되면, 제1저항부(120)의 양단에 형성되는 바이패스 경로는 개방(open)되고, 에너지저장부(111)에 저장된 DC전압은 제1저항부(120)와 제2저항부(130)에 의해 분압된다.
스위칭부(140)로는 예컨대 IGBT, FET, 트랜지스터 등의 반도체 스위치와 릴레이 등의 기계식 스위치가 모두 적용될 수 있다.
DC/DC 컨버터(150)는 제2저항부(130)의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기(미도시)로 공급한다.
따라서 DC/DC 컨버터(150)는 스위칭부(140)의 오프 동작에 따라 제1저항부(120)에 의해 분압된 전압이 제2저항부(130)를 통해 입력될 수도 있고, 스위칭부(140)의 온 동작에 따라 제1저항부(120)에 형성된 바이패스 경로를 통해 분압되지 않은 전압을 제2저항부(130)를 통해 입력받을 수도 있다.
스위칭부(140)는 에너지저장부(111)의 전압에 따라 온/오프 동작이 이루어진다.
에너지저장부(111)에 저장된 전압이 기설정된 전압을 넘지 않으면 스위칭부(140)는 제1저항부(120)에 바이패스 경로를 형성하도록 스위치를 온시켜 에너지저장부(111)에 저장된 전압이 분압되지 않고 제2저항부(130)를 통해 DC/DC컨버터(150)에 공급되도록 한다.
만약 에너지저장부(111)에 저장된 전압이 기설정된 전압 이상인 것으로 감지되면 스위칭부(140)는 스위치를 오프시켜 제1저항부(120)에 형성되었던 바이패스 경로를 제거하여, 에너지저장부(111)에 저장된 전압이 제1저항부(120)와 제2저장부(130)의 전압값에 의해 분압되어 제2저항부(130)의 양단에 걸리는 전압만이 DC/DC컨버터(150)에 공급되도록 한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원장치(100)는 MMC 컨버터의 서브모듈의 내부의 에너지저장부(111)에 저장된 고전압을 이용하여 서브모듈 제어기의 구동전원으로 공급하되, 에너지저장부(111)에 저장된 고전압에 과전압이 발생하는 경우 제1저항부(120) 및 제2저항부(130)의 분압에 의해 고전압 중 기설정된 일부의 전압만 DC/DC컨버터(150)에서 공급받아 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기에의 구동전원으로 공급하도록 한다.
만약 에너지저장부(111)에 저장된 고전압에 과전압이 발생하지 않는 경우에는 스위칭부(140)는 온되어 제1저항부(120)에 바이패스 경로를 제공하여 분압 없이 에너지저장부(111)에 저장된 고전압이 제2저항부(130)를 통해 DC/DC컨버터(150)로 공급 되도록하여 필요한 경우에만 분압에 의한 과전압 제어가 이루어지도록 한다.
이로써 종래기술에서 발생할 수 있는 과전압에 의한 DC/DC컨버터(150)의 손상을 방지하고, 과전압을 고려하여 무리하게 입력전압 범위가 넓은 DC/DC컨버터로 사양을 변경하지 않아 금액적인 손실을 줄일 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원장치(200)는 브릿지회로부(210), 제1저항부(220), 제2저항부(230), 스위칭부(240) 및 DC/DC컨버터(250)를 포함하여 구성된다.
브릿지회로부(210)와 제2저항부(230) 및 DC/DC컨버터(250)는 도 3의 브릿지회로부(110)와 제2저항부(130) 및 DC/DC컨버터(150)와 동일하다.
따라서, 브릿지회로부(210)는 에너지저장부(211) 및 다수의 전력용반도체(212)를 이용하여 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로로 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 일례에서는 설명의 편의상 브릿지회로부(210)는 하프브릿지회로로 구현하였다.
다만, 도 4에 도시된 전원장치(200)는 도 3에 도시된 전원장치(100) 비해 제1저항부(220)를 구성하고 있는 직렬연결된 저항(221)이 복수개이며, 스위칭부(140)를 구성하는 스위치도 제1저항부(220)를 구성하고 있는 저항(221)에 각각 병렬연결되어 복수개로 구성된다. 이를 하기에서 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원장치(200)는 제1저항부(220)가 N개의 직렬연결된 저항(221)과, 스위칭부(240)는 제1저항부(220)를 구성하고 있는 N개의 저항(221) 양단에 각각 병렬로 연결된 N개의 스위치(241)로 포함하여 구성된다.
스위칭부(240)는 에너지저장부(211)에서 감지되는 전압에 따라 제1저항부(220)를 구성하는 N개의 저항 중 n개(n≤N)의 저항에 각각 바이패스 경로를 제공하도록 n개의 저항에 각각 병렬로 연력된 n개의 스위치(241)를 스위칭한다.
도 4에 도시된 일례에서는 설명의 편의상 N=3으로 설정하였으며, 이에 따라 제1저항부(220)는 직렬 연결된 3개의 저항(221)으로 구성되며, 각각의 저항(221)에 스위치(241)가 연결되어 3개의 스위치(241)가 스위칭부(240)를 구성하고 있다.
즉, 에너지저장부(221)의 양단에는 제1저항부(220)를 구성하는 3개의 저항(221)과 제2저항부(230)를 구성하는 1개의 저항을 합해 총 4개의 저항이 병렬로 연결되어 있는 상태이다.
DC/DC컨버터(250)는 제2저항부(230)를 통해 출력되는 전압을 입력으로 받기 때문에 스위칭부(240)에서 3개의 저항(221)중 몇 개의 저항에 바이패스 경로를 제공하느냐에 따라 분압 비율이 달라져 DC/DC컨버터(250)에 입력되는 전압값이 달라지게 된다.
즉, n값의 설정에 따라 분압 비율을 조절하여 DC/DC컨버터(250)에 입력되는 전압값을 제어할 수 있는 것이다.
이러한 n값의 설정에 따른 DC/DC컨버터(250)의 입력전압을 수식으로 표현하면, 제1저항부(220)를 구성하는 N개의 저항의 저항값이 모두 R1으로 동일하고, 제2저항부(230)의 저항값이 R2이며, 에너지저장부(211)에 저장된 전압값이 VDC라고 할때, n개의 스위치 동작에 따른 DC/DC컨버터(250)의 입력전압 Vdc는 아래의 수학식 1로 표현할 수 있다.
Figure 112016127674097-pat00001
수학식 1을 보면 N값이 고정되어 있는 경우 n이 작을수록, 분압 비율에서 분모의 값이 커지게 되므로 Vdc값은 작아지게 되는 관계라는 것을 알 수 있으며, 따라서 일정한 값의 Vdc값을 유지하기 위해 VDC값이 커지면 n값을 작게 조절하여 Vdc값을 다운시켜 일정한 레벨로 유지되도록 한다.
스위칭부(240)는 에너지저장부(211)에 저장된 전압값 V가 기설정된 범위를 넘어 과전압이 발생한 것으로 감지되면, DC/DC컨버터(250)의 입력전압 범위를 고려하여 n값을 설정하고 이에 따라 전압의 분압 비율이 조절되도록 스위치(241)를 동작시킨다.
스위칭부(240)는 에너지저장부(211)에서 감지되는 전압이 기설정된 전압 범위 이하이면, 제1저항부(220)의 3개의 저항(221)에 모두 바이패스 경로를 제공하도록 3개의 스위치(241)를 모두 동작시킨다.
이 경우 제1저항부(220)의 3개의 저항(221) 모두가 회로로부터 분리되어 에너지저장부(211)의 양단에는 제2저항부(230)만이 연결된 상태가 되므로 에너지저장부(211)에 저장된 전압은 모두 제2저항부(230)를 통해 DC/DC컨버터(250)에 공급된다.
그러나 에너지저장부(211)에서 감지되는 전압이 기설정된 전압 범위를 초과하고 제1기준전압(제1기준전압 < 제2기준전압)보다 낮으면, 스위칭부(240)는 제1저항부(220)의 3개의 저항(221)중 2개의 저항에만 바이패스 경로를 제공하도록 2개의 스위치(241)를 동작시킨다. 즉, N은 3이고, n은 2로 설정하는 것이다.
이 경우, 에너지저장부(211)의 양단에는 저항(221) 1개와 제2저항부(230)가 병렬로 연결된 상태가 되므로 DC/DC컨버터(250)에는 에너지저장부(211)에 저장된 전압이 저항(221)과 제2저항부(230)에 의해 분압되어 입력되게 된다.
만약 에너지저장부(211)에서 감지되는 전압이 제1기준전압도 초과하고, 제1기준전압보다 높은 제2기준전압보다 낮은 상태라면, 스위칭부(240)는 제1저항부(220)의 3개의 저항(221) 중 1개의 저항에만 바이패스 경로를 제공하도록 1개의 스위치(241)만을 동작시킨다. 즉, N은 3이고, n은 1로 설정하는 것이다.
이 경우, 에너지저장부(211)의 양단에는 저항(221) 2개와 제2저항부(230)가 병렬로 연결된 상태가 되므로 DC/DC컨버터(250)에는 에너지저장부(211)에 저장된 전압이 저항(221) 2개와 제2저항부(230)에 의해 분압되어 입력된다.
이 경우, 저항(221)이 1개 추가되어 분압 비율은 더 낮아지기 때문에 에너지저장부(211)에서 감지되는 전압이 더 상승했어도 DC/DC컨버터(250)에 입력되는 전압은 낮게 조절될 수 있다.
만약 에너지저장부(211)에서 감지되는 전압이 제2기준전압까지 초과해버린 경우라면, 스위칭부(240)는 제1저항부(220)의 3개의 저항(221)에 모두 바이패스 경로가 제공되지 않도록 스위치(241)를 동작시키지 않는다. 즉, N은 3이고, n은 0으로 설정한다.
이 경우, 에너지저장부(211)의 양단에는 제1저항부(220)를 구성하는 저항(221) 3개와 제2저항부(230)가 모두 병렬로 연결된 상태가 되므로, DC/DC컨버터(250)에는 에너지저장부(211)에 저장된 전압이 저항(221) 3개와 제2저항부(230)에 의해 분압되어 입력된다.
즉, 전원장치(200)에 구성되어 있는 모든 저항이 분압에 이용되기 때문에 분압 비율은 더 낮아지게 되어 에너지저장부(211)에서 과전압이 감지되었어도 분압에 의해 DC/DC컨버터(250)에 입력되는 전압은 정상범위를 만족시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원장치(200)는 MMC 컨버터의 서브모듈에 저장된 에너지저장부(211)에 저장된 고전압을 이용하여 서브모듈 제어기의 구동전원으로 공급하되, 고전압에 과전압이 발생하는 경우, 고전압을 입력으로 받아 저전압으로 변환시키는 DC/DC컨버터(250)의 입력의 정상 범위를 만족시키기 위해 에너지저장부(211)의 과전압 정도에 따라 제1저항부(220)에 구성된 복수개의 저항 중 선택된 일부의 저항(221)과 제2저항부(230)의 저항에 의해 에너지저장부(211)의 전압을 분압시켜 DC/DC컨버터(250)의 입력의 정상 범위를 만족하는 전압만 입력되도록 스위칭부(240)에 구성된 스위치(241)를 동작시킨다.
이로써 종래기술에서 발생할 수 있는 과전압을 고려하여 과도한 입력전압 범위를 갖는 DC/DC컨버터의 적용없이 기존의 DC/DC컨버터를 이용하면서도 과전압에 따른 손상을 방지할 수 있는 전원장치를 제공할 수 있게된다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 200, 20 : 전원장치 110, 210 : 브릿지회로부
111, 211, 23 : 에너지저장부 112, 21, 22 : 전력용반도체
1121 : 파워반도체스위치 1122 : 환류다이오드
120, 220 : 제1저항부 121, 221 : 저항
130, 230 : 제2저항부 140, 240 : 스위칭부
141, 241 : 스위치 150, 250, 24 : DC/DC컨버터
1 : 상모듈 10 : 서브모듈
24 : 출력저항

Claims (6)

  1. 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 에너지저장부와, 상기 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부;
    상기 에너지저장부에 병렬로 연결되며, 적어도 하나 이상의 직렬연결된 저항으로 구성되는 제1저항부;
    상기 제1저항부에 직렬로 연결되는 제2저항부;
    상기 제1저항부에 병렬로 연결되는 스위칭부; 및
    상기 제2저항부의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함하며,
    상기 스위칭부는 상기 에너지저장부에서 감지되는 전압이 기설정된 전압 이하인 경우, 상기 제1저항부에 바이패스 경로를 제공하도록 스위칭되는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치.
  2. 삭제
  3. 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 에너지저장부와, 상기 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부;
    상기 에너지저장부에 병렬로 연결되며 N개의 직렬연결된 저항으로 구성되는 제1저항부;
    상기 제1저항부에 직렬로 연결되는 제2저항부;
    상기 제1저항부를 구성하는 N개의 저항에 각각 병렬로 연결되는 N개의 스위치로 구성되는 스위칭부; 및
    상기 제2저항부의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함하며,
    상기 스위칭부는 상기 에너지저장부에서 감지되는 전압에 따라 상기 제1저항부를 구성하는 N개의 저항 중 n개(n≤N)의 저항에 각각 바이패스 경로를 제공하도록 상기 n개의 저항에 각각 병렬로 연결된 n개의 스위치를 스위칭하고, 상기 에너지저장부에서 감지되는 전압이 클수록 상기 제1저항부를 구성하는 N개의 저항 중 바이패스 경로가 제공되는 저항의 갯수가 작아지도록 n값을 설정하여 상기 n개의 스위치를 스위칭하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 브릿지회로부는 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로 중 선택된 어느 하나를 포함하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치.
KR1020160179557A 2016-12-26 2016-12-26 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 KR101943882B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160179557A KR101943882B1 (ko) 2016-12-26 2016-12-26 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치
PCT/KR2017/014183 WO2018124523A2 (ko) 2016-12-26 2017-12-06 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치
US16/473,484 US20200007028A1 (en) 2016-12-26 2017-12-06 Power supply for submodule controller of mmc converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160179557A KR101943882B1 (ko) 2016-12-26 2016-12-26 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180075340A KR20180075340A (ko) 2018-07-04
KR101943882B1 true KR101943882B1 (ko) 2019-01-30

Family

ID=62711126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160179557A KR101943882B1 (ko) 2016-12-26 2016-12-26 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200007028A1 (ko)
KR (1) KR101943882B1 (ko)
WO (1) WO2018124523A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210099101A (ko) * 2019-08-26 2021-08-11 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 컨버터 장치 및 그 어셈블리, 무효전력 보상 장치, 컨버터 및 그 제어 방법

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101943884B1 (ko) * 2017-06-02 2019-01-30 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터 및 그의 서브모듈
KR102241512B1 (ko) 2019-01-02 2021-04-16 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈
CN110224423B (zh) * 2019-05-13 2020-09-29 南方电网科学研究院有限责任公司 一种柔性直流耗能装置及其环流控制方法
EP4012913A4 (en) * 2019-08-09 2023-04-12 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation POWER CONVERSION DEVICE
EP3780366A1 (en) * 2019-08-13 2021-02-17 Vestas Wind Systems A/S Dc chopper for mmc cell with integrated chopper resistor
CN111327216B (zh) * 2020-04-01 2021-03-30 浙江大学 一种电阻型子模块混合mmc及其直流故障处理策略
KR102387824B1 (ko) * 2020-05-14 2022-04-18 효성중공업 주식회사 Hvdc 서브 모듈의 바이패스 장치 및 방법
WO2022244036A1 (ja) 2021-05-17 2022-11-24 三菱電機株式会社 電力変換装置及び主回路給電装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3374115B2 (ja) 2000-03-02 2003-02-04 三洋電機株式会社 可変抵抗回路、演算増幅回路および集積回路
JP2016100926A (ja) 2014-11-19 2016-05-30 三菱電機株式会社 電力変換装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4345640B2 (ja) * 2004-10-27 2009-10-14 富士電機システムズ株式会社 電力変換装置の突入電流抑制装置
JP6099951B2 (ja) * 2012-11-29 2017-03-22 株式会社東芝 電力変換装置
KR101723094B1 (ko) * 2014-12-29 2017-04-18 주식회사 효성 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치
KR20160080021A (ko) * 2014-12-29 2016-07-07 주식회사 효성 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치
KR101725087B1 (ko) 2014-12-29 2017-04-26 주식회사 효성 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치
KR101711948B1 (ko) 2014-12-29 2017-03-03 주식회사 효성 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3374115B2 (ja) 2000-03-02 2003-02-04 三洋電機株式会社 可変抵抗回路、演算増幅回路および集積回路
JP2016100926A (ja) 2014-11-19 2016-05-30 三菱電機株式会社 電力変換装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210099101A (ko) * 2019-08-26 2021-08-11 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 컨버터 장치 및 그 어셈블리, 무효전력 보상 장치, 컨버터 및 그 제어 방법
KR102532842B1 (ko) * 2019-08-26 2023-05-15 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 컨버터 장치 및 그 어셈블리, 무효전력 보상 장치, 컨버터 및 그 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018124523A3 (ko) 2018-08-23
US20200007028A1 (en) 2020-01-02
WO2018124523A2 (ko) 2018-07-05
KR20180075340A (ko) 2018-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101943882B1 (ko) Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치
KR101723094B1 (ko) Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치
US20180013339A1 (en) Electronic system
KR101857570B1 (ko) 모듈러 멀티레벨 컨버터 및 이의 ｄｃ 고장 차단 방법
US9143054B2 (en) Multilevel conversion circuit
KR101724217B1 (ko) 전력변환장치
US10938317B2 (en) Low loss double submodule for a modular multi-level converter and modular multi-level converter having same
JP6742528B2 (ja) 電力変換装置
CN109478841B (zh) 无损耗缓冲电路
KR101639850B1 (ko) 전류원 급전부에 연결된 ｍ2ｌｃ 시스템
KR101725087B1 (ko) Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치
CN110352558B (zh) 用于分离电流路径的开关装置
CN105075098A (zh) 包括链式变换器和保护电路的电气设备
US20150108844A1 (en) Hybrid energy storage system
US9847642B2 (en) Control circuit
CN106489222B (zh) 控制电路
CN113396540B (zh) 用于断开电流路径的开关设备
EP3357160A1 (en) Semiconductor switching string
US11652401B2 (en) Submodule of power converter having bypass switch
EP3082238B1 (en) Switch module and converter with at least one switch module
US10476385B2 (en) DC-DC converter system, DC voltage supply system and printed circuit board for a DC-DC converter system
CN107005146B (zh) 半导体开关电路
US10840821B2 (en) Modular multi-level converter
KR101287711B1 (ko) 제어 회로를 위한 전력 스위치와 병렬 연결된 전력 공급기
US10348181B2 (en) Power control apparatus for sub-module of MMC converter

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant